Development of efficient vibration analysis and control method for automobile structures

汽车结构高效振动分析与控制方法开发

• 批准号: 22KJ2418
• 负责人: 中島 樹
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2418/
• 关键词: 固有モード; 振動分析; 三次元離散ウェーブレット変換; 直交変換; 連成度評価

一般に，自動車をはじめフレームとパネルからなる大規模構造物全系の振動はフレーム構造を主系，パネル部材を従系とした多自由度系の振動として，主系と従系単体の変形を重ね合わせた形で表現できる．したがって大規模で複雑な機械製品の振動分析では，構造全体の振動を司る主系と局所的な振動を励起する従系の振動，およびそれらの関連性を設計初期段階で正確に把握することが重要である．本研究ではこの観点から，効率的な振動分析と対策を支援する目的で，大規模構造における各構成要素の振動を自動的に抽出し，各要素の連成度合を定量的に評価する手法を提案した．モデルの構造全体の変形は変位が空間的に広く遍在していることから，空間周波数が低い変形であるのに対し，モデルの部材単独の振動は局在性を持つため，空間周波数が高い変形である．この観点から，本研究では三次元有限要素モデルの固有モードを三次元離散信号（ボリュームデータ）に変換することにより，三次元離散ウェーブレット変換を適用した．これによって緻密かつ複雑なモデルにおいて全容や詳細が目視で把握することが困難な場合でも，モデルの構造に依拠せず空間周波数の高低のみで構造全体の変形と局所的な変形を自動的に区別し，分離できることを示した．次に，空間周波数の高低で分離した各成分の振動形状に対して形状相関に基づいた直交変換を繰り返し適用することにより，モデルの構成要素単体の振動モードを分離した．さらに，この直交変換プロセスの履歴を用いて各固有モードに含まれる各構成要素のモードの割合（連成度合）を定量的に示し，各構成要素の振動の関連性を簡便に評価できることを示した．また，本研究で得られた成果を学会誌および学会での発表を行った．

通常，包括汽车在内的所有大规模结构中的振动都可以表示为具有框架和面板的多度自由的振动，框架结构为主系统和面板成员作为下属，以及主系统的变形，以及叠加的下属。因此，在对大规模，复杂的机械产品的振动分析中，准确掌握主系统的振动很重要，该振动控制整个结构的振动和激发局部振动及其在设计早期阶段的关系的二级系统的振动。从这个角度来看，这项研究提出了一种在大规模结构中自动提取每个组件的振动的方法，并定量评估每个元素的耦合程度，目的是支持有效的振动分析和对策。整个模型结构的变形在空间宽和无处不在，因此具有较低空间频率的变形，而单独的模型成员的振动是局部的，因此是具有高空间频率的变形。从这个角度来看，在这项研究中，通过将三维有限元模型的本征模量转换为三维离散信号（体积数据）来应用3D离散小波变换。这表明，即使在详细且复杂的模型中很难在视觉上掌握完整图像和细节时，也可以通过仅使用高空间频率和低空间频率来自动区分和将整个结构的变形与局部变形区分开，而无需依靠模型的结构。接下来，通过基于形状相关性与在空间频率的高度和低的每个组件的振动形状上反复应用正交相关形状，通过反复应用正交转换来分离模型组件的振动模式。此外，使用此正交转换过程的历史记录，定量显示了每个特征模式中包含的每个组件模式的比例（耦合度），表明可以轻松评估每个组件振动的关系。此外，从这项研究中获得的结果是在学术期刊和学术会议上提出的。

项目成果

Development of Mode Separation Method for Frame-Panel Structures Using 3D Discrete Wavelet Transform

利用 3D 离散小波变换开发框架-板结构模态分离方法

• 发表时间: 2022
• 作者: NAKASHIMA Itsuki;INOUE Takumi;TAKAHASHI Hidenori;Itsuki Nakashima
• 通讯作者: Itsuki Nakashima

Component mode decomposition using three-dimensional discrete wavelet transform and its application to relevance evaluation of characteristic modes

三维离散小波变换分量模态分解及其在特征模态相关性评价中的应用

• DOI: 10.1299/transjsme.22-00242
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: NAKASHIMA Itsuki;INOUE Takumi;TAKAHASHI Hidenori
• 通讯作者: TAKAHASHI Hidenori